D'origine allemande, mais née en Roumanie, Rona Hartner se passionne très tôt pour le cinéma et la musique. Après la révolution roumaine, elle s'inscrit à l'université pour suivre des cours d'art dramatique, mais c'est sa rencontre avec Tony Gatlif, venu faire un casting en Roumanie pour son film Gadjo Dilo qui détermine sa carrière, en lui offrant son premier rôle au cinéma.

Cette composition lui vaut en 1997 un Léopard de Bronze de la meilleure actrice à Locarno ainsi qu'une nomination au César du meilleur espoir féminin. L'année suivante, elle retrouve le metteur en scène pour Je suis ne d'une cigogne.

A l'affiche de Mischka, de Jean-François Stévenin en 2001, elle apparaît en 2003 dans Le Divorce de James Ivory ainsi que dans Le Temps du loup de Michael Haneke, aux côtés d'Isabelle Huppert.